家庭用LED照明驱动方案

1、家庭用LED照明驱动方案摘要：随着大功率LED制造技术的不断进步，LED光效（Lm/W）的不断提高，其进入家用照明的步伐也越来越快，而家庭用LED照明的驱动也因为其输出功率大、高压交流输入以及其灯具的空间和体积的限制和散热方面的要求变的与其它LED应用不同。关键字： LED 恒流驱动 恒压驱动发光二极管(Light Emitting Diode,LED)发明于20世纪60年代,它是利用半导体材料中的电子和空穴相互结合并释放出能量,使得能量带(Energy Gat,)改变,以发光显示其所释放出的能量。LED具有体积小、寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点。随着LED的应用越来

2、越广泛，LED的光效的不断提高，其最为广大也是业内最为关注的市场家用LED照明的开发也变得尤为紧迫。目前各大跨国公司均在室内LED照明的研究开发上下足了本钱。其中当然也包括LED驱动方案的研究与开发。与荧光灯的电子镇流器不同，LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为直流电压，并同时完成与LED的电压和电流的匹配。LED 是电流型驱动器件，其亮度与正向电流呈比例关系。同时LED 是经过特殊处理的PN结器件，作为PN结它们有着与传统二极管类似的V-I特性曲线。当正向电压小于VF 值时，流过LED 的电流很小，一旦达到VF时，电流会迅速上升。正向电压的微小变化会导致电流的更大的变化。因此必须采取措

3、施限制电流的上升，以防损坏LED。目前电路方面主要有以下种方式：一：电阻、电容降压方式其电路结构如图所示：以下是针对阻容降压式LED电路的Pspice仿真结果：在220V 50Hz交流电路中理论电流与实际电流的比较：电容（uF） 0.0470.10.220.4712.024.7电流（mA）理论值3.26.915.232.469152324实测值3.37.01532.570152325泄放电阻（C1/R1）的经验数据：C1（uF）0.470.6811.052R1（Kohm）1000750510360200300C1：0.22uF 时流经C1 和LED的电流：电流最大值大约为16mA流过电容C1的

4、电流流过LED的电流C1：1uF 时流经C1 和LED的电流：电流最大值大约为70mA流过电容C1的电流流过LED的电流C1：4.7uF 时流经C1 和LED的电流：电流最大值大约为490mA流过电容C1的电流流过LED的电流此时的纹波已经非常大目前很多厂家生产的LED 灯类产品都采用了这种方式，包括Philips有用这样的结构（Philips Deco LED）。可以在其上加一些其他的保护器件，直接向LED供电，常用于小电流电路中，有着体积小、成本低等优点。这种方式的缺点首先是效率低，在降压、限流电阻上消耗了大量的能量，甚至超过LED所消耗的能量，且无法提供大电流驱动。因为电流越大，消耗在电

5、阻上的电能就越大。其次是稳压能力差，无法保证通过LED的电流不超过其正常工作的要求。通常在末端加上一个稳压二极管稳压，但这是以降低LED亮度为代价的。还有就是容易受电网电压波动的影响，可靠性低。这种驱动方式主要用在一些对技术参数要求不高、功率流明较低的场合，比如室内的装饰灯。根据LED的V-I曲线的特点，以恒压的方式驱动LED是可行的，其部分优势是其它驱动电路所无法取代的。而以恒流方式来驱动LED是比较理想，它能够避免LED的正向电压的改变而引起的电流的变动，以恒定的电流使LED的亮度恒定。二：PWM控制方式开关电源来实现的恒流源主要是由输入整流滤波部分、开关能量转换部分、输出整流滤波部分和P

6、WM稳压控制部分。在输出端通过对采样电阻上流过的电流的采样，实现将输出恒压转换为恒流。常采用Flyback的方式来设计。其拓扑结果如下图：开关电源的优点是：准确控制LED的电流，可实现幅值和PWM调节；输入电压宽范围，基本上不需要散热器，可节省成本，降低装配复杂性，对于高输入电压和大工作电流，其他方式可能会导致较高的损耗，而此电流则可保持高效工作；缺点是：与阻容降压是相比，电路的成本较高，虽然不要考虑散热器方面的空间，但元器件本身所占用的空间较大，在较小的板上完成，有一定的困难，而且需要考虑EMI的影响，对于P板的布局布线，需要有着较多的经验。三：LED集成电路驱动面对于LED的迅速发展，各个

7、半导体公司也开始着手推出适合LED的驱动电源解决方案的IC。其在输入电压，输出电压、电流的范围上更宽。而且在功能上面也更为的全面，不仅有过压，过流，短路保护等，还有温度检测，报警等。下面是松下半导体的MIP551/552和Supertex的HV9910 的应用电路：MIP551/2: 支持80V280VAC; 输出MIP551: 0.5A MIP552: 1A过热保护电路，自动恢复功能Hv9910: 支持8V450VDC 输入，输出电流max 1A。需要的外围器件较少。这种结构的优点在于所需要的外围元件的数量较少，P板所占用的物理空间较小。电路结构较为简单，输出电流较为恒定，稳定性高，而且可以

8、实现较高的效率。缺点是成本较前面二者可能是最高的，而且IC集成的功能太多，需要考虑IC的散热问题，过于的依赖IC的功能，IC 的不良将导致这个电路的崩溃。由于各个电路结构各有优缺点，但考虑到驱动的功率较大，以及LED的稳定安全的工作，选择PWM控制方式的flyback 结构的开关电源和集成电路驱动的方式将更为可靠。目前LED 芯片的制造商很多，国内外LED的差异主要在于相同电参数的情况下，流明数可能不同，因此设计工程师要清楚地认识到LED 功率并不是决定发光效率的唯一参数。例如，同样是1W的LED，有的LED可以到40 流明的亮度，而有的只能达到20 流明的亮度，这是因为LED光学效率还取决于材料和制作工艺等诸多环节。因此选择好LED的光源部分也尤为重要。此外，LED 照明系统的光学效率不仅仅取决于LED 恒流驱动方案，还与整个系统的散热设计密切相关。为缩小体积，某些LED 恒流驱动系统将LED 驱动电路与散热部分贴近设计，这样容易影响可靠性。一般来说，LED 照明系统的热源基本就是LED 灯本身的热源，热源太集中会产生